이사부호 활용 대양연구 프로젝트 ②

지구 온난화의 나비효과, 해양에 주목하다!

- 인도양 쌍극진동 변동에 따른 인도양 내부 물질순환 변동이해 -

이사부호 활용 대양연구의 두 번째 시리즈는 2017년부터 2019년까지 진행될 『인도양 쌍극진동 변동에 따른 인도양 내부 물질순환 변동 이해』 연구개발 로드맵중 1차년도에 해당하는 연구 성과이다. 지난 6월 28일 KIOST 내 물리·화학·생물 전문가로 구성된 연구팀(KIOST Indian Ocean Study, KIOS)이 국내를 출발하여 7월 2일 스리랑카 콜롬보에서 이사부호에 승선, 남인도양 모리셔스까지 24일간 인도양 쌍극진동의 장기변동 특성을 이해하기 위한 연구를 수행하였다.  

표층해양에서 심층해양으로의 물질 수송과

상위생태계로의 물질 이동에 영향을 미치는 인도양 쌍극진동

금번 연구는 이사부호를 이용하여 동경 67° 경도라인을 따라 북위 5°~남위 16°에 이르는 인도양 종단관측으로, 인도양 내부 수층의 물리적 구조 및 생지화학특성, 동·식물플랑크톤 등 생태환경의 분포 특성을 관측하고 쌍극진동에 따른 내부 물질순환과 전 지구적 기후변화와의 연관성을 이해하기 위한 것이다. 인도양은 태평양, 대서양과 달리 북위 25° 이상이 아시아 대륙으로 막혀있어 대륙의 계절적인 가열/냉각으로 인한 풍향의 계절적인 역전이 주기적으로 일어나는 몬순현상이 발생하는 해역이다. 인도양 몬순현상은 인도양 표층해류 방향의 주기적 변동에 직접적인 원인으로 작용하고 있는데, 인도네시아 통과류를 통해 태평양의 열이 인도양으로 유입되며, 서쪽에서 아굴라스 해류를 통해 인도양의 열이 대서양으로 유출되는 전 지구적인 열적순환의 중요한 통로이다. 특히 대기 원격상관(Atmospheric Teleconnection)을 통해 우리나라 기후와 전 지구적인 자연재해에도 영향을 미치는 것으로 알려지면서 최근 국제적인 관심이 집중되고 있다.

 “전 지구적 온난화의 주요 요인으로 밝혀진 이산화탄소의 해양 내부순환은 해양의 물리적인 순환(쌍극진동)과 밀접한 연관성을 가지고 있습니다. 일례로, 서쪽 인도양의 표층수온이 높아지면 표층해양과 심층해양 간 밀도차이가 커지게 되어 심층에서 표층해양으로 영양염 유입이 제한됩니다. 그러면 표층해양에서 광합성을 통해 용존 이산화탄소를 입자유기물로 만들어 심층으로 수송하고, 해양이 대기 중 이산화탄소를 조절하는데 중요한 역할을 하는 식물플랑크톤 광합성이 제한되어 표층에서 심층으로의 이산화탄소 수송도 감소하게 되지요. 이로 인해 온난화 현상이 더욱 가속화되고, 결과적으로 대양의 심층수 순환 및 기후에 영향을 미치는 양의 되물림 작용이 일어나게 됩니다. 따라서 쌍극진동이 일어나는 인도양은 기후변화가 해양 내부 물질순환에 미치는 영향을 연구하기에 최적의 조건을 갖고 있고, 본 과제는 인도양에서 쌍극진동 변동성과 물질순환과의 관계 정량화 및 인과관계 규명을 목표로 연구를 진행하였습니다.”

최첨단 장비 탑재와 효율적 설계로 연구자들이 실내에서

안정적으로 장비 회수와 Water Sampling 작업 가능

사진4. 이사부호에 탑재된 CTD 및 36개의 니스킨 채수병

사진 5. CTD Operation 수행 시 장비 회수 모습

지난 9월 21일 본사 이사부회의실에서 환경기반연구센터의 주관으로 열린 ‘이사부호 인도양
탐사보고’ 세미나에서는 첫 출항을 마친 이사부호 대양연구의 생생한 작업과정이 소개되었는데, CTD, UCC(Ultra clean CTD), 다층 동물플랑크톤 채집기(MOCNESS) 등 최첨단 장비가 탑재되어 있고, 연구선 장비운영과 관리를 담당하는 전문관측요원(관측사)이 연구자와 함께 승선하여 이전의 다른 연구선 보다 편리하고 효율적으로 연구를 수행할 수 있는 작업환경이  두드러졌다. CTD Operation 작업만 하더라도 다른 연구선에서는 외부에 노출된 협소한 공간에서 수행하다 보니 악천후 시 장비 회수의 어려움과 시료 채취 시에도 기상의 영향을 많이 받았던 반면, 이사부호는 CTD 운용이 거의 자동화되어 최대 2명의 인원만으로 가능하고 시료채취를 위한 공간이 실내에 위치해서 기상변화에 영향을 받지 않고 안정적으로 해수시료 채취 작업이 가능했다.

다양한 국제해양프로그램(IIOE-2, GEOTRACES) 참여 등

대양 미량금속 및 동위원소 연구 활성화와 국제 경쟁력 확보에 좋은 계기 마련

또한 이사부호에는 국내 최초로 대양의 미량금속 및 동위원소 연구에 필수적인 청정해수시료채취 장비(Ultra Clean CTD)가 장착된 것도 주목할 만하다. 미량금속성분은 광합성과 같은 해양생물작용을 조절하는 필수적인 성분으로 해양 내부물질 순환 이해에 중요하지만, 해수 중에 극미량으로 존재하기 때문에 선체, 대기 중의 먼지, 매연 영향 등과 같은 다양한 오염요소로 인해 수층에서 그 양을 정량화하는 것이 어려워 그동안 대양에서 국내 연구진에 의한 연구가 활발하게 수행되지 않았다. 그러나 청정해수시료 채취장비의 경우, 채취기의 뚜껑이 닫혀 밀폐된 상태로 물속에 들어가 약 40m 수심에서 뚜껑이 열리기 때문에 선상에서 발생되는 다양한 오염원의 영향을 최소화하여 해수시료를 채취할 수 있다. 이번에 이사부호에 청정해수시료 채취기와 전처리 시스템이 기본 장비로 장착되면서 대양에서 미량금속 및 동위원소 연구를 위한 기반 마련은 물론, 다양한 국제해양프로그램(IIOE-2, GEOTRACES)에 주도적으로 참여할 수 있는 계기가 마련되었다.

사진 6. Water Sampling 작업 모습

사진 7. 청정해수시료 채취장비(Ultra Clean CTD)

 “금번 항해의 연구과제에서는 해수시료의 다양한 생지화학 성분 분석이 중요한 부분을 차지하는데, 예전에는 연구선의 실험실 공간이 협소하여 다양한 분석 장비를 싣지 못해 시료 채취 후 냉동 및 기타 보존 처리해 연구실로 가져와서 분석해야 했으며, 그 과정에서 시료의 일부 성분이 변질되어 환경변화에 따른 해양 내부물질 순환의 미세한 변화 연구에 적합한 분석 결과를 얻기 어려웠습니다. 그런데 이사부호는 실험실 공간이 충분히 넓어 영양염 자동분석기, 용존무기탄소 및 알카리니티 측정기, 베타카운터, 형광분석기 등 최첨단 분석 장비를 탑재하여 기존처럼 시료를 가지고 들어오는 것이 아니라 현장에서 시료를 분석하여 올 수 있었습니다. 따라서 이번 항해에서 소기의 성과라고 한다면, 현장에서 시료를 분석하는 국제적인 추세에 맞게 총 시료의 73%를 현장 분석 및 처리했다는 점입니다..”                               - 환경기반연구센터 노태근 책임연구원 -

선진국 클래스에 맞는 연구의 시작점이 될 이사부호

국내 연구진의 대양연구 표준으로!

금번 항해에서 연구팀(KIOS)은 해수시료의 선상 분석(용존 영양염, 이산화탄소계인자, 유색용존유기물)과 pCO2 연속관측, 질산염 고해상도 연직관측 등을 실시하고 수층 내 생지화학인자의 분포 특성 및 물질순환 변동을 이해하기 위한 관측을 수행하였다. 또한, 대학교나 다른 기관에서 상기 주제와 연관성 있는 주제로 현장관측 참여 신청을 받아 국제공동연구프로그램도 적극 진행할 계획이다.

사진 9. 환경기반연구센터 노태근 책임기술원

  “해양, 특히 대양연구의 영역을 넓혀간다는 관점에서 이사부호가 있고 없고는 큰 차이가 있습니다. 물론, ‘첫 술에 배부르랴’는 말처럼 이번 항해에서 아주 획기적인 자연현상의 발견보다는 다소 교과서적인 연구결과를 확인한 정도로 볼 수 있지만, 바꾸어 말하면 비로소 선진국 수준의 자료 품질이 확보되었다는 의미이며, 향후 동등한 위치에서 공동연구를 시작할 수 있다는 점일 것입니다. 금번 항해를 계기로 어떤 관측이 어떻게 이루어졌는지, 관측 정점 등의 관측 수행일지를 꼼꼼하게 기록한 항차요약보고서를 만들 계획입니다. 이사부호에서 관측된 모든 관측자료와 자료 품질을 가늠할 수 있는 보조자료를 통해 체계적인 관리 시스템 및 판단체계를 구축한다면, 이사부호에서 관측된 국제수준의 정보를 연구자 누구나 접근이 용이하고 쉽게 활용할 수 있을 것입니다.”

대양연구 선도기관으로서 국제적 인식 개선 및

전 지구적 환경변화에 대응하는 연구 성과를 많이 배출하길 기대

금번의 연구 성과는 전 지구적 기후변화 및 인간 활동에 따른 해양 내부물질 순환 이해와 한반도 기후 예측의 정밀도를 더욱 향상시킬 것으로 기대되고 있다. 더불어 국제해양프로그램인 IIOE-2, GEOTRACES에 대양 TEIs 연구 결과물을 등재, 대양연구 선도기관으로서 국제적 인식을 개선하는데도 보탬이 될 것이다. 이사부호를 통해 국제적인 수준의 연구시스템을 갖추고 2차 국제인도양탐사프로그램 참여를 앞둔 KIOST 연구팀. 향후에도 폭넓은 학-연 및 국제공동연구 연계프로그램을 적극 추진하여 국제적인 위상강화는 물론, 전 지구적 환경변화에 대응하는 혁혁한 연구 성과를 많이 배출하길 바란다.